Conception, montage et caractérisation d'un interféromètre achromatique pour l'étude de la lithographie à immersion à 193 nm

Design, setup and characterisation of an achromatic interferometer for the study of 193 nm immersion lithography

• Auteur / Autrice : Anne-Laure Charley
• Direction : Patrick Schiavone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisation (lumière)

Interférométrie

Construction

Circuits intégrés

Mots clés libres

Lithographie à immersion , Analyse

Interféromètre à immersion , Conception et construction

Haute ouverture numerique

Résumé

La miniaturisation est aujourd'hui, plus que jamais, devenue le maître mot en microélectronique. En effet, les industriels poursuivent l'objectif, de plus en plus ambitieux, de diminuer les dimensions critiques des dispositifs actuels afin d'en améliorer les performances et d'en diminuer le coût. Dans cette perspective, la lithographie joue un rôle majeur car c'est la première étape qui définit le circuit intégré. La technique de lithographie utilisée aujourd'hui pour la production de masse et ayant permis d'atteindre le noeud technologique 65 nm est la lithographie optique à 193 nm. Pour aller en deçà, il nous faut améliorer la résolution des outils de lithographie et cela ne peut se faire sans une forte augmentation de leur complexité, de leur prix et de la difficulté de contrôler les procédés. Une solution est la technique de lithographie à immersion à 193 nm qui consiste en l'introduction d'un fluide d'indice supérieur à celui de l'air entre la lentille de projection et la plaquette de silicium : elle permet, dans un premier temps, de relâcher les contraintes sur les procédés en améliorant la profondeur de champ et, dans un second temps, d'améliorer la résolution tout en conservant l'infrastructure du 193 nm. L'objectif de ce travail de thèse est de monter et valider un interféromètre à immersion à 193 nm pour étudier, par anticipation, certains aspects de la technique. Dans ce manuscrit, nous décrivons la conception d'un montage interférométrique en immersion à 193 nm ayant la particularité d'être achromatique et présentant donc l'avantage de ne pas pâtir de la faible cohérence des sources excimères à 193 nm. Nous nous sommes focalisés sur la caractérisation du montage optique et avons conclu sur les paramètres de profondeur de champ et de transmission du système. Finalement, nous nous sommes intéressés à l'étude de l'imagerie à haute ouverture numérique. Nous avons pu montrer l'amélioration de la résolution en immersion, ainsi que la corrélation entre l'augmentation de la rugosité et la perte de contraste due à la polarisation.

Miniaturization has become the key word in microelectronics. Indeed, manufacturers aim at shrinking device critical dimensions in order to improve their performances and to decrease their costs. In that respect, lithography plays a predominant role since it is the step that defines the circuit. The lithography technique used for mass production today and that addressed the 65 nm technology node is optical lithography at a wavelength of 193 nm. But it is difficult to improve resolution without greatly increasing complexity, tool price and difficulty in controlling the process. A solution is immersion lithography which principle is to introduce a fluid of higher refractive index than air between the last lens element and the wafer : it, firstly, releases the process constraints by a depthof-focus improvement and, secondly, improves the resolution in keeping 193 nm infrastructures. The purpose of this PhD is to create and validate a 193 nm immersion interferometric setup to study, in advance of tool availability, some aspects of this new optical lithography technique. In this thesis, we describe the design of an achromatic interferometric setup working in immersion at 193 nm. Such a setup has the great advantage of enabling the use of a laboratory excimer laser and does not suffer from its poor coherence parameters. We focused on the characterization of the optical setup and have determined parameters for depth-of-focus and transmission. Finally, we studied imaging at high numerical apertures. We showed the benefit of immersion on resolution and the correlation between roughness increase and contrast loss due to polarisation.